基于can总线柴油机scr尿素计量泵控制系统设计和开发

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llUllIlllIIlllUllIlllIIIIIIIIIqllllIlll武汉科技大学Y2373820研究生学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的工作外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：主焦筮日期：垫fi：皇：兰兰研究生学位论文版权使用授权声明本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门(按照《武汉科技大学关于研究生学位论文收录工作的规定》执行)送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行检索和对外服务。论文作者签名：室墨筮指导教师签名：蕉衄日期：塑li：皇．兰兰 武汉科技大学硕士学位论文第1页摘要柴油机由于在动力性、经济性和可靠性方面有着汽油机不可比拟的优势，特别是二氧化碳排放值特别低，在大型商用乘用车上得到了广泛应用，然而柴油机尾气污染带来的危害日益受到人们关注。国Ⅳ排放法规的即将实施促使国内的柴油机生产企业必须寻找有效途径来控制和减少汽车排放污染物到国Ⅳ排放法规规定数值以下，而选择性催化还原(SCR．selectivecatalyticreduction)技术是目前我国重型柴油机达到国Ⅳ阶段排放标准的最佳选择。尿素计量泵作为SCR系统的重要组成部分，它的质量将会直接影响SCR系统的性能，目前国内自主设计的SCR系统以国外的尿素计量泵为主，没有核心技术，不掌握知识产权，需支付大量的软件和硬件费用，增加了安装SCR系统的成本，将会影响至IJSCR系统的推广。因此，开发一套具有自主知识产权的SCR计量泵系统很有必要。为了解决上述问题，本文开展了基于控制器局域网络(CAN，ControllerAreaNetwork)总线的柴油机SCR计量泵控制系统的研究。首先，在研究SCR系统组成和尿素计量泵控制系统原理的基础上，为降低计量泵成本设计了基于隔膜式的尿素计量泵控制系统。其次，根据尿素计量泵控制系统的功能自主设计和完成了计量泵控制系统的硬件和软件部分，为了确保尿素计量泵能够正确获得喷射指令和反馈尿素计量泵状态信息，实现了尿素计量泵控制系统的CAN总线通信，同时完成了建压模块的设计，提高了尿素计量泵控制系统的工作效率和喷射精度。最后，为了对尿素计量泵控制系统进行测试，开发了一套标定实验系统，并对计量泵控制系统做了标定试验、大量可靠性试验和台架试验，通过对多种试验结果的分析表明计量泵控制系统能够精确的控制尿素喷量，使柴油机尾气排放达到国Ⅳ标准。关键词：SCR；柴油机；尾气处理；计量泵 第1I页武汉科技大学硕士学位论文AbstractComparedwithgasolineengine，dieselenginehasincomparableadvantagesonpowerperformance，economy,reliability,andespeciallylowcarbondioxideemission．Ithasbeenwidelyusedinlargecommercialpassengercars．However,moreandmorepeoplepayattentiontotheharmofexhaustpollutionfromdieselengines．TheupcomingChinaNationalIVemissionsregulationspromotethedomesticdieselenginemanufacturerstofindtheeffectivewaystocontrolandreducethedischargeofpollutants．Theselectivecatalyticreduction(SCR)technologyisthebestchoiceforheavy—dutydieselenginesinChinatoreachthestageofChinaNationalIVemissionstandards．AsanimportantpartoftheSCRsystem，ureameteringpumpswilldirectlyaffecttheperformanceoftheSCRsystem．Duetothelackofthecoretechnologyandtheintellectualpropertyonureameteringpump，domesticenterprisesmainlyimportforeignureameteringpump，andaffordexpensivesoftwareandhardwarecosts．HighinstallationcostofSCRsystemsaffectsthepopularizationandapplicationofdieselengines．Consequently,itisnecessarytodevelopadomesticSCRureameteringpumpsystem．Thecoreproblemofmeteringpumpistoaccuratelycontroltheamountofureainjection．Inordertosolvetheaboveproblem，thisthesiswillundertaketheresearchoftheureameteringpumpcontrolsystembasedonControllerAreaNetwork(CAN)bus．Firstly,basedontheresearchofSCRsystemcompositionandtheprincipleofureameteringpumpcontrolsystem，diaphragmtypeisadoptedasstructureofureameteringpumpcontrolsysteminorderforthecostreductionofureameteringpump．Then，thehardwareandsoftwareoftheureameteringpumpcontrolsystemaredevelopedaccordingtothefunctionofureameteringpumpcontrolsystem。TheCANbuscommunicationisimplementedintheureameteringpumpcontrolsystem，enableittoobtainureadosingpumpinjectioninstructionandfeedbackstatusinformationcorrectly,pressurebuildupmoduleisalsocompleted，whichimprovestheworkefficiencyandinjectionprecisionoftheureadosingpump．Finally,inordertotestthevalidityofureameteringpumpcontrolsystem，acalibrationsystemisdevelopedforthecalibrationtestofthemeteringpump．Alargenumberofreliabilitytestsandbenchtestsarealsoperformed．Thetestresultsshowthattheureameteringpumpcontrolsystemcanexactlycontroltheamountofureaspray,andmakethedieselengineemissionsmeetwiththerequirementsofChinaNationalIVemissionsregulations．Keywords：SCR；dieselengine；tailgasTreatment；meteringpump 武汉科技大学硕士学位论文第1II页目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．IAbstract⋯⋯．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯．．⋯⋯⋯．⋯．．⋯⋯．⋯⋯．．⋯．⋯．⋯⋯．．⋯．．⋯．⋯⋯．．⋯．⋯．⋯⋯．⋯．．．⋯．．⋯．II第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．1选题背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11．2国内外技术综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21．2．1国外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21．2．2国内研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31．3选题意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．41．4论文安排⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5第二章SCR系统构建与计量泵控制系统原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．62．1SCR系统构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62．1．1SCR系统的组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．62．1．2SCR系统化学反应机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．82．1．3SCR系统的控制策略⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一92．2尿素计量泵控制系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯102．2．1格兰富计量泵工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯102．2．2尿素计量泵控制系统的结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯102．2．3喷射模块工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯112．2．4尿素计量泵控制系统的功能设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯122．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13第三章控制系统硬件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．143．1控制器及外围电路硬件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯143．1．1主控芯片选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯143．1．2电源模块⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯153．1．3通信模块⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯163．1．4信号采集电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯173．1．5电磁阀和加热片驱动电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯183．2建压模块硬件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯193．2．1无刷直流电机驱动模块⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯193．2．2步进电机驱动模块⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．3电路板抗干扰设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．3．1元器件的合理布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯203．3．2过孔抗干扰设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯213．3．3信号线抗干扰设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2l3．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21 第1v页武汉科技大学硕士学位论文第四章软件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．224．1控制系统软件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯224．1．1主程序设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。224．1．2CAN通信程序设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯234．1'3AD采集程序模块⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．254．1．4建压模块程序设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯274．1，5恒压模块程序设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯284．2标定系统软件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯304．2．1标定系统介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯314．2．2标定系统上位机程序设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3l4．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯35第五章实验测试及结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．365．1标定试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯365．1．1试验目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯365．1．2试验环境⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯365．1．3试验结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯375．2台架试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯395．2．1ESC台架试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯405。2。2ETC台架试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯405．2．3台架试验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯405．3可靠性实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯415．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯42第六章总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．436．1本文研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯436．2不足与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯43参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯48 武汉科技大学硕士学位论文第1页1．1选题背景第一章绪论柴油机由于在动力性、经济性和可靠性方面有着汽油机不可比拟的优势，特别是二氧化碳排放值特别低，其用途已不再仅仅局限于大型商用乘用车的动力系统，而是已扩展到各类车型上【lJ。柴油轿车在欧洲的占有率已达到40％，在德国高达50％。在柴油机广泛应用的同时，柴油机尾气污染带来的危害也日益受到人们关注。柴油机排气成分中有害物主要有微粒(PM，ParticularMatter)和氮氧化物(NOx，NitrogenOxide)其中NOx为影响较大的有害气体之一，NOx排放对于环境和人体健康的危害逐渐为人们所认识，它的危害性主要体现在以下几个方面【2lf3l：对人体具有毒害作用、生成光化学烟雾、对植物具有危害作用、对臭氧层具有破坏性，同时NOx是形成酸雨的主要污染物，因此有效降低柴油机排气成分中的NOx将对大规模推广使用柴油机起着重要的作用。20世纪90年代以来，世界各国发动机排放法规的不断严格，大大推动了发动机技术的发展。我国2013年7月1日将要实施国IV排放法规，国Iv排放标准是国家第四阶段机动车污染物排放标准。汽车排放污染物主要有碳氢化合物(HC)、NOx、一氧化碳(CO)、PM等，传统扩散燃烧方式的潜力已经到极限，仅靠燃油优化的方式已经无法满足要求[4】，通过更好的催化转化器的活性层、二次空气喷射以及带有冷却装置的排气再循环系统等技术的应用，是当前降低柴油机排气成分中的NOx的主要技术路线。目前有两种降低柴油机排气成分中氮氧化物含量的方案，一类是通过使用选择性催化还原(SCR，selectivecatalyticreduction)技术，利用尿素溶液对尾气中的氮氧化物进行处理；还有一类是通过微粒捕集器(DPF，DieselParticulateFilter)或微粒催化转换器(DOC，DieselOxidationCatalyst)，针对燃烧产生的微粒进行处理的废气再循环(EGR，ExhaustGasRecirculation)技术。表1．1列出了两种方案的使用情况对比【5】。目前，国内的柴油机生产企业主要采用SCR技术方案，原因如下【6删：(1)重型柴油车的燃油消耗量很大，对燃油经济性和运行成本的关注度较高，EGR的使用通常会在一定程度上降低燃油经济性，而SCR技术却可以改善燃油经济性，具有吸引力：(2)与EGR+DPF路线相比较，SCR技术对燃油品质(硫含量)的要求较低，适合我国国情；(3)优化燃烧+SCR技术路线的前景好，具有满足国V或更严格排放法规的能力。 第2页武汉科技大学硕士学位论文表1．1SCR与EGR+DPF使用情况对比表序号项目EGR+DPFSCR燃油喷l最高喷射压力180MPa最高喷射压力160MPa射系统发动机2需高强度结构，最大气缸压力18MPa最大气缸压力16MPa强度增压强需高增压系统补偿EGR造成的功直到国语相同的增压系3度率损失，到国甚至可能需要两级增压统冷却系4需加大冷却系统的散热能力不需要统润滑系缸套摩擦副需要重新设计，需用Ⅲ．45只需用CF．4级润滑油统润滑油燃油消6相对国机增加5％左右相对国机省油5％左右耗率7还原剂不需要不需要尿素水溶液8敏感性对燃油中含硫量敏感相对不敏感鉴于上述SCR技术方案在降低柴油机排气成分中氮氧化物含量的优越性，本文将对SCR技术方案中的核心部分，即柴油机SCR尿素计量泵控制系统展开研究。1．2国内外技术综述国内外对SCR技术方案的设计展开了大量的研究工作，本节将综述该技术方案的研究现状。1．2．1国外研究现状国外对SCR技术研究得比较早，针对大型车上的SCR系统，GRUNDFOS公司、BOSCH公司、PUREM公司均推出了压缩空气冷却喷嘴系统，这种系统的优点是设计相对简单、喷嘴体积小、尿素溶液雾化容易得到保证。按尿素溶液的喷射方式，目前主流的SCR系统可以分为两大类：压缩空气辅助式SCR系统和直接喷射式SCR系统。压缩空气辅助喷射系统以GRUNDFOS公司的产品为代表。如图1．1所示为格兰富公司设计的SCR系统[8】，名为Retrofit系统，该系统的工作原理是通过尿素传感器测量NOx排放量来调节尿素溶液喷射量。Retrofit系统利用压缩空气将尿素溶液输送到排气管，压缩空气还可以起到冷却喷嘴的作用。 武汉科技大学硕士学位论文第3页围蓄电攀l飞混合物l蓄电池信董汽车钥匙开关信号．尿素液位指示灯●尿素液位报警灯◆储气罐尿素箱加热丝I篓班毳惹尿素液位传感器ll盒““氮氧化物传感器催化器前温度传感器催化器乜源+毡源一催化器后温1度传感器图I．IGRUNDFOS带压缩空气的Retrofit供给系统直喷式SCR系统以BOSCH公司的产品为代表。如图1．2所示为BOSH公司的第二代SCR系统DeNOxtronic2．2【8】，BOSCH公司的后处理系统是通过电控单元控制计量泵给喷嘴前的管路建立恒定的高压，通过控制PWM占空比来控制电磁阀的闭合，从而达到控制喷射流量的目的。这种系统的优势是可以在没有压缩空气的小型车上使用，而且可控性和集成度较高。谰⋯块．回竺温度传感器尿著I上尿素入口7l尿素；冷却I!囤獬传慰；统执行器FIl}，I传感器发豉1—==：==，聂动机cA＼通讯⋯～⋯⋯⋯～⋯Ⅲ却)生々■‘喷射秧块一⋯。⋯酝期■-霸一1)温度传r惑器■l▲．⋯～，，～～《I一⋯。t叠■)。．F司氐瑚7C·KX通■一=：-▲直躺豳麓圉簟麓罄麓霆_一j曼惭翻莓瀵曩《■一‘●国内科研院所针对SCR系统的关键技术做了大量研究：武汉理工大学吕林教授研究了一套引至德国的PUREM系统，详细分析了其性能，并搭建了一套控制装置，对核心部件提出了一种替代方案【9】；清华大学重点研究了V205／W03／Ti02催化剂的特性和还原剂的喷 第4页武汉牙斗技大学硕士学位论文射控制策略【lo】；江苏大学的董孝武对SCR系统尿素计量泵进行了整体设计和研究⋯J。由于SCR系统未来发展潜力巨大，大量企业加入了对SCR系统的研究，国内已经有小部分企业研发的SCR系统能够满足相应的排放法规，比如苏州派格力有限公司、安徽艾可兰科技股份有限公司、杭州银轮科技有限公司和无锡凯龙等Il2‘。如图1．3所示为无锡凯龙公司的SCR系统结构图，该公司目前已经完成SCR系统整套系统的开发，进入批产阶段，已完成了与广西玉柴、一汽道依茨、上海上柴等国内主要柴油机厂的匹配许可。图1．3无锡凯龙SCR系统由于国内排放法规相对滞后，SCR系统的研究起步较晚【l3|。目前国内的计量泵产品仍然以国外品牌为主，计量泵控制系统的产品尚未成熟，难以达到量产标准。国外虽然有较为成熟的SCR尿素计量泵控制产品，但是其核心技术尚未被国内掌握并能达到量产标准。因此本文拟在SCR尿素计量泵控制系统方面展开研究，吸收国外SCR尿素计量泵控制系统设计方案的优点，开发和设计具有自主知识产权SCR计量泵喷射系统。1．3选题意义本文拟设计一个基于CAN总线的柴油机SCR尿素计量泵控制系统，其意义体现在：(1)整车和发动机厂商一般都不会自己设计和制造尿素计量泵，而是根据自己的需求选择尿素计量泵供应商，目前国内自主设计的SCR系统主要以国外的尿素计量泵为主，没有核心技术，不掌握知识产权，需支付大量的软件和硬件费用，这大大增加了安装SCR系统的成本，影响到了国内柴油机SCR系统的推广，因此有必要开发一套具有自主知识产权的柴油机SCR尿素计量泵控制系统，有效降低柴油机排气成分中的氮氧化物使其达到即将到来的国IV排放法规，促进柴油机的广泛应用。(2)计量泵控制系统的信息需要实时反馈给汽车计量控制单元(DCU，DosingControlUnit)，以便能够掌握计量泵的工作状态，同时DCU能够给计量泵发送喷射指令，计量泵控制系统的通信部分的设计将使其能够和整车控制系统实现更好的对接。CAN总线与一般的通信总线相比，具有突出的灵活性、实时性和可靠性，数据传输速度高，抗干扰能力强， 武汉科技大学硕士学位论文第5页是国际上应用最广泛的现场总线之一。本文所设计的计量泵控制系统的通信模块采取的是CAN总线，这将进一步提高该控制系统的通信能力，为整车应用奠定基础。(3)计量泵控制系统作为计量泵的核心部件，其性能直接影响到计量泵的工作效率，因此需要对设计出来计量泵控制系统进行测试和实验，从多方面评估其性能，预测其工作效率，为进一步改进基于CAN总线的柴油机SCR尿素计量泵控制系统和量产计量泵奠定基础。1．4论文安排论文的结构安排如下：第1章简要介绍了本研究课题的背景，SCR系统的国内外研究现状，以及选题意义，最后介绍了论文的结构安排。第2章主要对SCR系统的组成、SCR系统化学反应机理和控制策略作了详细介绍，然后对尿素计量泵控制系统进行了设计。第3章详细介绍了计量泵控制系统的硬件设计，包括各个模块以及电路板的抗干扰设计。第4章主要介绍了本系统的软件设计，包括计量泵控制系统程序和用来标定试验的上位机采集程序。第5章主要对计量泵作了可靠性试验、标定试验和台架试验，并对试验结果作了详细分析。第6章对本文取得的成果进行了总结，并阐述了本课题研究的不足，并对下一步研究做出了展望。 第6页武汉科技大学硕士学位论文第二章5CR系统构建与计量泵控制系统原理2．1SCR系统构建2．1．1SCR系统的组成如图2．1所示为SCR系统框图，SCR系统主要由尿素罐、尿素计量泵、尿素喷嘴、催化消声器、尿素管路及DCU组成。其工作过程如下：DCU通过CAN总线与发动机电子控制单元(ECU，EngineControlUnit)通信，获得发动机的运行参数，再加上催化器温度信号，计算出尿素的喷射量；然后，DCU将喷射指令通过CAN总线发送给尿素计量泵，尿素计量泵将适量的尿素溶液雾化；最后，由控制喷嘴将雾化后的尿素喷射到排气管内，使其与废气在SCR净化器中充分混合。下面将对SCR系统的主要构成部件作详细介绍。图2．1sCR系统框图(1)尿素罐尿素罐是SCR后处理系统中不可缺少的部分，它的主要功能是用来存储尿素溶液，同时还可以起到过滤尿素溶液和防止尿素溶液结冰的作用。如图2．2所示为尿素罐，尿素罐内包含温度传感器和液位传感器。当尿素罐内温度过低时，温度传感器能检测并通知发动机内循环热水来进行加热。液位传感器具有实时监测尿素罐内液位的功能，满液位和液位过低时会向汽车DCU发出报警信号。 武汉科技大学硕士学位论文第7页图2．2尿素罐(2)尿素计量泵尿素计量泵作为SCR后处理系统的加料装置，其本身是一个智能控制系统。尿素计量泵通过CAN总线接收从汽车DCU发送过来的喷射指令进行相应的控制，如图2．3所示【14】。尿素计量泵分为无空气辅助和具有空气辅助两种类型，允许在温度低于一40。C的情况下运行。对尿素计量泵进行安装时，应该尽可能的靠近尿素罐，避免在供液管路内部截留空气从而影响尿素计量泵加料速度【5】。图2．3尿素计量泵模型(3)尿素喷嘴如图2．4所示，尿素喷嘴是一个不锈钢喷射装置，布置在排气管上方，尿素喷嘴的功能是将尿素计量泵传输过来的尿素与空气的混合物喷入排气管道内，并且保证喷雾能够均匀的喷出。喷嘴具有四个直径为0．5毫米的小孔，具有径向喷雾排列形状，喷嘴具有隔热功能，可以防止尿素结晶。图2．4尿素喷嘴(4)催化消声器催化消声器是集合了催化和消声功能于一体的装置，装在一个密闭的外壳内，代替了传统的消声器系统。如图2．5所示为催化消声器，它主要由五个部分组成，包括氨扩散器、 第8页武汉科技大学硕士学位论文防止氨泄露的氧化层、催化器和消声器。氨扩散器的作用是将带有氨的气体均匀的分布在催化器的表面，氧化层的作用是防止多余的氨逃逸出去，催化器的功能是负责加速NOx的反应，消声器的作用是降低发动机排气系统发出的噪音【15】。2．1．2SCR系统化学反应机理图2．5催化消声器在图2．1中，尿素溶液被喷入SCR净化器之后，发生的反应十分复杂，可以概括为以下几个过程【9】【16】【17】【18】【19】【22】：(1)尿素熔化、热解、水解反应尿素溶液被喷入净化器中之后，由于排气温度较高，水分蒸发，尿素分子进一步熔化为气态分子，如式(2．1)所示，尿素分子热解为NH3和HNCO。(NH2)2∞jNH3+删．CD(2．1)如公式(2．2)所示，HNCO进一步水解生成氨气和二氧化碳HNCO+H20jNH3+C02r22、(2)催化还原反应SCR净化器中主要发生了如下两个催化还原反应4NH3+4NO+02j4N2+6H20(，2．3)4NH3+2NO+2N02j4Nz+6H20(2．4)(3)其他反应当净化器中温度低于200。C时，会发生式(2．5)反应，生成易爆物质硝酸铵，硝酸铵会吸附在催化剂的表面，引起催化剂活性降低，硝酸铵在温度高于300℃时很容易分解，因此可以通过提高尿素喷入温度来解决这个问题。2NH3+2NOzj删4N03+Nz+HzO(2．5)当净化器中温度高于400℃时，还会有式(2．6)中反应发生4NH3+302j2N2+6H20(2．6)通过以上SCR系统的化学反应机理可知：如果尿素溶液喷射不足，则影响SCR的转化率；喷射过量则产生NH3，泄漏造成污染。因此，有效控制尿素溶液的喷射量成为尿素SCR技术的核心问题之一，而尿素计量泵控制系统设计的优劣会直接影响喷射控制的精度。 武汉科技大学硕士学位论文第9页2．1．3SCR系统的控制策略SCR系统的控制策略主要分为开环控制和闭环控制。开环控制是指SCR系统的喷射系统根据发动机的转速、温度、尾气温度以及其它的相应参数来确定尿素溶液喷射量。闭环控制是指SCR系统的喷射系统根据排气管上NOx传感器实际测得的NOx和NH3浓度来反馈调节尿素溶液的喷射量。采用闭环控制系统的好处在于可以提高NOx的转化率，同时减少氨泄露造成的污染，下面将详细介绍两种控制策略。(1)开环控制策略如图2．6所示为SCR系统开环控制策略的原理图，在SCR系统工作时，汽车DCU获得发动机的运行参数以及尾气温度等其它信号，DCU根据供给参数映射(MAP)表和NOx预估MAP表计算出尿素喷量，然后通过CAN总线发送给计量泵控制器，完成尿素溶液喷射【22】。喷油量尾气温度喷油量发动机转速尿素供给量图2．6SCR系统开环控制策略(2)闭环环控制策略如图2．7所示为闭环控制策略，通过SCR系统中安装的NOx和NH3传感器采集NOx浓度和NH3泄露量，对稳态工况策略进行修正，从而达到瞬态工况要求，同时达到减少NH3泄露量的目的【21】。进气湿度，温度校正图2．7SCR系统闭环控制策略由于发动机在实际工作中的工况变化较大，通过查询供给参数MAP表和NOx预估MAP表已经难以满足要求，为了对瞬态的发动机工况做出快速处理，需要采取闭环控制策略【23】。 第10页武汉科技大学硕士学位论文2．2尿素计量泵控制系统设计通过SCR系统的闭环控制策略DCU可以计算出实际工况下的尿素的喷射量，DCU将喷射量指令通过CAN总线发送给尿素计量泵，尿素计量泵需要根据喷射指令精确控制尿素喷量。本节将详细介绍尿素计量泵控制系统的原理，并在尿素计量泵控制系统原理的基础上完成尿素计量泵控制系统的结构设计。2．2．1格兰富计量泵工作原理由于本尿素计量泵控制系统的设计借鉴了格兰富(GRI小mFOS)系统的总体架构，因此首先介绍GRI肘DFOS计量泵的工作原理。GRUNDFOS、BOSCH、PUREM、TENNECO、THOMAS、THOMAS等公司均推出了自己的尿素计量泵，是目前世界上主要的尿素计量泵供应商。如图2．8所示为格兰富泵模型图，格兰富计量泵是机械柱塞式计量泵，通过柱塞的来回运动推出尿素溶液，步进电机经联轴器带动蜗杆并通过蜗轮减速使主轴和偏心轮作回转运动，由偏心轮带动弓型连杆的滑动使柱塞作往复运动。运动柱塞每次推出的尿素容量是不变的，因此只需改变电机转速来改变柱塞的来回运动速度即可调节尿素喷量¨引。图2．8格兰富计量泵模型2．2．2尿素计量泵控制系统的结构设计尿素计量泵作为SCR系统的重要组成部分，它的优劣直接决定了SCR系统的性能是否达标。格兰富计量泵采取的是柱塞式原理，由于柱塞式计量泵无法完全实现计量介质和泵内润滑器之间的隔离、易损件较多、密封性要求高，对设计材料的材质要求也较高，从降低计量泵成本考虑，采取隔膜式的设计方法。隔膜式计量泵通过隔膜的隔离作用，在结构上真正实现了被计量流体与驱动润滑机构之间的隔离。当计量泵的结构改变时，其控制方法也需要相应改变。如图2．9所示为柱塞式计量泵 武汉科技大学硕士学位论文第11页结构图，喷射模块由步进电机和柱塞组成，柱塞每次推出去的尿素溶液体积是一定的，尿素溶液喷射量和柱塞来回次数成线性关系，控制器通过控制电机转速来控制柱塞的运动速度即可以控制尿素溶液喷量。柱塞喷出尿素溶液在混合腔体中与压缩空气相遇，混合后进入管路之道喷嘴，最终喷入排气管。图2．9柱塞式计量泵结构图与柱塞式计量泵控制系统相比，隔膜式计量泵控制系统更加复杂，如图2．10所示，隔膜式计量泵主要有建压模块、容腔、喷射模块和控制器4个部分组成。下面将对各个模块的功能作详细的分析。控制器主要是由主控芯片来控制系统的各个模块协同工作，控制喷射模块和建压模块，在计量泵进行喷射时，使容腔内压力保持在0．25Mpa左右，在开机启动时检测容腔内尿素溶液是否凝固，并且能够通过CAN总线与外界进行通信。建压模块的功能是通过控制步进电机的运转往容腔内注入尿素溶液，它的工作主要分为两个阶段，第一个阶段就是开机阶段，使容腔内压力快速到达0．25Mpa，第二个阶段就是在系统开始进行喷射之后，协同喷射模块使容腔内压力尽可能接近0．25Mpa。喷射模块就是响应控制器的喷射命令，调节喷射电磁阀的喷射占空比，从而达到精确控制喷量的目的，同时为了对喷射精确度进行测试，还应该设计标定系统，验证系统是否达标。2．2．3喷射模块工作原理图2．10隔膜式计量泵结构图喷射电磁阀是喷射模块的重要组成部分，可以利用喷射电磁阀的一些特性精确控制计量泵的喷量，下面详细介绍喷射电磁阀的特性。 第12页武汉科技大学硕士学位论文公式(2．7)为喷射电磁阀喷射稳态流量公式：Q：％·A。·、／2×垒(2．7)￥∥式中，q为喷嘴的质量流量；％为喷嘴流量系数；如为喷嘴的截面积；卸为喷嘴内外压力差：p为所用液体密度。当为同一种液体时，可以得出公式：QF2-Q∥√玺(2．8)绯z、QF·分别为同一喷射电磁阀在不同压力下的喷射流量，aP2、卸t分别为两种压力差。由上公式可以看出，当同种液体流过喷射电磁阀时，稳态喷射流量只与电磁阀的内外压降有关系。通过实验，可以得出当喷射电磁阀内外压差不变时，喷射量与占空比成线性关系，且相关性非常高口01。因此，只需保持容腔内压力恒定，然后根据工况来改变喷射占空比达到精确控制尿素溶液喷量。2．2．4尿素计量泵控制系统的功能设计当通过CAN总线从DCU获得喷射指令后，由隔膜式尿素计量泵喷射模块工作原理可知，只要容腔内压力保持在一个恒定值，由一定的频率和占空比的方波信号来控制尿素喷嘴的开启时间和频率，就可达到精确控制尿素喷量的目的。为完成上述尿素计量泵控制系统的功能，需要重点解决下述问题：(1)快速建立容腔压力，提高尿素计量泵控制系统的工作效率；(2)确保容腔内压力保持在一个恒定值，使喷射量与占空比成线性关系。(3)实现尿素计量泵控制系统与DCU的CAN总线通信，确保从DCU正确获得喷射指令和反馈尿素计量泵状态信息；如图212，计量泵主要由建压模块、容腔、控制器和喷射模块组成，根据2．2．2节中对各个模块的详细分析，可以总结出尿素计量泵控制系统相应的功能，下面将对硬件设计分模块进行介绍，而对于软件设计则作为一个整体来介绍。(1)硬件。控制器硬件设计主要包括主控芯片、电源模块、CAN收发器模块、电机驱动模块、信号采集电路、电磁阀驱动电路和加热片驱动电路。建压模块硬件设计主要就是电机驱动模块。喷射模块硬件设计由喷射电磁阀驱动电路构成。(2)软件。软件部分包括两部分，主控程序和标定测试软件，主控程序包括CAN通信程序模块、AD采集程序模块、建压模块和恒压模块。 武汉科技大学硕士学位论文第13页2．3本章小结本章首先介绍了SCR系统的基本构成，以及SCR系统的化学反应机理和控制策略，然后介绍了尿素计量泵控制系统的工作原理，并详细分析了尿素计量泵控制系统的主要功能。 第14页武汉科技大学硕士学位论文第三章控制系统硬件设计由图2．9可知，计量泵主要由控制器、建压模块、容腔和喷射模块组成，计量泵控制系统的硬件设计则主要包括控制器硬件设计、建压模块硬件设计、喷射模块硬件设计和外围电路。如图3．1所示为控制系统结构框图，下面章节将会介绍各个模块的组成，由于喷射模块硬件设计只有喷射电磁阀驱动电路，和外围电路设计中的电磁阀驱动电路相类似，因此没有单独成节来介绍。3．1控制器及外围电路硬件设计图3．1控制系统结构框图控制器和外围电路的设计主要包括主控芯片选择、电源模块设计、通信模块、信号才加电路、电磁阀和加热片驱动电路。3．1．1主控芯片选择主控芯片是控制系统的大脑，负责采集各种传感器的信号并进行运算，根据运算结果控制系统中的其它部分工作。主控芯片性能好坏直接影响整个系统的运行结果【261，而主控芯片的选择主要参考以下三个方面【24】【251。(1)可靠性主控制芯片作为整个控制器的核心元件，它的可靠性决定了整个控制系统的性能，因此为了保证控制系统具有较高的稳定性，应该选择高可靠性的主控芯片，重点考虑单片机的工作温度范围、是否具有看门狗功能、抗干扰性等。(2)扩展性控制系统的集成度增高，相应的稳定性也会提高，因此选择的主控芯片是最好需要扩 武汉科技大学硕士学位论文第15页展或者较少扩展就能完成系统所有功能。本系统中主控芯片需要处理的任务众多，比如温度采集、压力采集、步进电机控制、CAN通信功能等。因此我们应该选择具有丰富接口的主控芯片，包括足够的I／O引脚、定时器、中断资源和足够的内部存储器等。(3)易维护性控制器的各项功能是通过主控制芯片中的程序实现的，因此选择的主控芯片应能够方便的对各项子模块进行调试，支持在线调试，具有寄存器在线查看功能。针对以上需求，本系统采用飞思卡尔(Freescale)的MC9S12DP512单片机，MC9S12DP512单片机是Freescale公司HCSl2系列16位单片机的一种，其内部主要由MCU的基本部分和CAN功能模块组成，它采用了飞思卡尔公司的CPUl2内核。MC9S12DP512单片机功能强大，flash容量达512KB，具有2×8路10位AD转换通道，同时它具有一个增强型的定时器模块，不仅具有计数／定时功能，还具有输入捕捉、输出比较等功能‘271。3．1．2电源模块电源模块的作用是为计量泵控制系统提供稳定的电源输出，电源在系统如果处理不好，将会严重干扰单片机的正常工作，从而影响计量本控制系统的稳定性。本系统中需要24V和5V两种电压，24V由车载蓄电池提供，5V通过电源模块处理转化而来。为了得到5V电压，需要设计降压电路，通常采取开关电源调节器件或者直接用线性稳压器件。线性调整方式虽然简单，但是它也会产生很大的热损耗，浪费严重，而且计量泵控制系统本身封装在计量泵内部，散热条件较差，因此采用开关电源调节器。本系统中，采用英飞凌公司的TLE4471芯片，TLE4471是集成低压调节器，它的主要输出可以高达450mA，附加跟踪输出可以达50mA和lOOmA。同时，它还具有一个微控制器监控看门狗，以及欠压复位、上电复位和扩展使能功能。为了应用于复杂环境下的汽车应用，它提供了额外的保护功能，能够防止过载、短路和过热，芯片工作温度范围为一40到150℃。如图3．2所示为系统电源模块原理图，钥匙信号控制着使能信号，24V电源连接TLE4471的第三管角作为输入，Q1作为电源输出，同时输出一位复位信号来控制单片机的复位，完成欠压复位和上位复位功能。钥匙使能信号5V输出■QlTLE447124V输入复位输出信{图3．2电源模块 第16页武汉科技大学硕士学位论文3．1．3通信模块目前重型柴油机汽车内部广泛采取CAN总线作为其通信手段，计量泵作为汽车CAN总线上的一个节点，计量泵控制系统通信模块应包括CAN控制器和CAN收发器两个部分，由于飞思卡尔的MC9S12DP512单片机内部已经集成了CAN控制器，因此通信模块还需要设计CAN收发器。本节将会首先对CAN总线进行介绍，然后完成CAN收发器电路设计。(1)CAN总线介绍CAN总线最早是由德国Bosch公司在汽车工程协会(she)大会上推出，并得到了Freelscale(飞思卡尔半导体)、Intel、NXP(恩智浦)、Infineon(英飞凌)等公司的支持。随着CAN总线在车辆上的广泛运用，为了规范其他系统和通信系统的兼容性，ISO(国际标准化组织)于1993年11月颁布了CAN总线国际标准IS011898，为控制局域网的标准化和规范化铺平了道路困j。由于采用了许多新技术及独特的设计，CAN总线与～般的通信总线相比，具有突出的灵活性、实时性和可靠性，数据传输速度高，抗干扰能力强。其应用范围已不再局限于汽车行业，而扩展到了工业机械、农用机械、纺织机械、机器人、数控机床、家用电器、医疗器械及传感器等领域。CAN总线已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。(2)CAN收发器电路设计CAN收发器电路的作用是协议控制器和总线物理传输线路之间的接口，实现MCU与CAN总线之间信号的正常收发，从飞思卡尔的MC9S12DP512单片机内部集成的CAN控制器端出来的电平为TTL电平，+5V等价于逻辑“l”，OV等价于逻辑“0”。而CAN总线上信号使用差分方式传送，用显性(Dominant)和隐性(Recessive)分别表示逻辑“0”和逻辑“1”，两条信号线被称为CANH和CANL。当CANH和CANL的电压差近似于0时，为隐形状态；当CANH=3．5V和CANL=1．5V时，为显性状态【29】【30】。CAN收发器电路的核心是一款CAN收发器，市面上CAN总线收发器类型较多，进行选型时，应从电源电压、最大速率和最大驱动节点等几个方面去考虑，本系统中采用的是高速CAN总线驱动器PAC82C250，它的电源电压为5V，最大传输速率为IMbps，最多驱动1lO个节点，并且支持高速、斜率控制和待机模式。收发器电路如图3．3所示，其中TXCAN0和RXCAN0连接单片机端，CCPH0和CCPL0连接外部CAN总线。 武汉科技大学硕士学位论文第17页3．1．4信号采集电路lALmI“i。白}||G】TXDRS6OGNDCANH37^。。c2=VCCcANL—UR3RxCAN048RXDVREF___——C3=2PCA82C250GND图3．3CAN总线收发器电路本系统中，为了防止尿素溶液结晶，需要实时采集尿素箱和计量泵内温度，为了对喷射量进行精确控制，还需实时采集计量泵内压力和辅助空气压力。分别用到了温度传感器和压力传感器，其中温度传感器是电阻式传感器，压力传感器是电压式传感器，因此分别要设计不同的驱动电路。如图3．4所示为温度采集电路，该电路工作原理为：当尿素液温度变化时，热敏电阻阻值规律性变化，通过分压电路分得的电压值同时发生变化，经过RC滤波电路和稳压器之后输入到单片机中，通过查询温度和电阻值对应表即可得到当前尿素箱温度和泵内温度。温度传感器采用定制汽车专用高精度珠状直插式热敏电阻俏TC，NegativeTemperatureCoeffiCient)，它具有高精度和快速反应等优点，相关参数为：B=3977k±0．75％，Rt=3．3kQ4-5％。温图3．4温度采集电路如图3．5所示为压力采集电路，压力传感器输出电压和所测压力值之间呈线性关系，电压值通过滤波电路之后到达单片机中，通过运算可以直接得到相应的泵内压力值和辅助空气压力值。 第18页武汉科技大学硕士学位论文压力传感器3．1．5电磁阀和加热片驱动电路图3．5压力采集电路ADO压器电磁阀的作用是通过控制一个电磁线圈来控制阀芯的位置，从而起到开关和控制流量的目的，柴油机SCR计量泵中多处用到了电磁阀，包括喷射电磁阀、泄压阀和空气阀等，为了实现对电磁阀的控制，必须设计电磁阀驱动电路，如图3．6所示为电磁阀驱动电路，控制信号通过场效应管来控制电磁阀的开断，采用英飞凌公司的BSP75N场效应管，它具有60V耐压，最大电流为1A。24V图3．6电磁阀驱动电路车用尿素溶液的冰点为一11．5。C，冬季我国很多地区的温度都会低于．11．5。C，这将导致计量泵内尿素溶液结晶，从而造成SCR系统运行不畅，因此泵内必须带有加热装置，采用PTC加热片给计量泵加热。如图3．7所示为加热片驱动电路图，控制信号通过场效应管的作用来控制加热片的通断，由于通过加热片的电流较大，BSP75N型场效应管已经难以满足要求，因此采用ST公司生产的场效应管IRF540，这是一个大电流(30A)、较高耐压(100V)、低导通电阻(0．077Q)的N沟道场效应管。喷嘴驱动电路类似于加热片驱动电路，在这里就不详细列出来。 武汉科技大学硕士学位论文第19页24V3。2建压模块硬件设计—：图3．7加热片驱动电路建压模块硬件设计就是电机驱动电路的设计，它的作用是通过控制电机的转动来带动连杆以及膜片往容腔内泵入尿素溶液，它的性能好坏直接影响系统建压能力。不同的电机需要不同的电机驱动模块，因此首先应该进行电机的选型，一般应用比较广泛的小型电机包括无刷直流电机、普通直流电机和步进电机。普通直流电机由定子和转子组成，定子产生磁场带动转子运动。无刷直流电机是指没有电刷的电机，同时用霍尔传感器代替了碳刷装置。步进电机是一种可以由脉冲信号控制的特殊电动机，可以将脉冲信号转换为相应角位移或线位移。由于普通电机需要电刷，电刷已磨损，寿命短，所以不在电机选型考虑范围之类，在理想状况下，无刷直流电机和步进电机在位置、速度控制上的表现基本无区别，但是应用场合的不同必然导致需求不同，需要选择合适电机来达到最高性价比，下面分别对两种控制系统进行对比，从而确定合适电机。3．2．1无刷直流电机驱动模块无刷直流电机转动时需要变化的电流，需要霍尔传感器来判断转子的位置，从而对电流进行改变，如图3．8所示为无刷直流电机驱动模块图，其中MC33035是电机控制器，MC33039是电子测速器，MPM3003是集成MOS管驱动芯片。霍尔元件测得的位置信号反馈到MC33039，MC3309经F／v变换，将霍尔传感器的输出信号变换与电机转速成正比的电压信号，同时霍尔传感器信号经主控电路译码之后变成六路驱动输出信号，从而控制逆变桥电路工作。厂——]—堡叠纠Mc33039Ll广——]L叫Mc33035bMPM3003匝磊习鼍l调速电压卜_———叫图3．8无刷直流电机驱动模块 第20页武汉科技大学硕士学位论文3．2．2步进电机驱动模块步进电机具有高精度和宽调速范围，主要用于高、精、尖的控制领域，本系统选用两相步进电机外加高细分两相混合式步进电机驱动芯片THB6128，THB6128驱动芯片的主要特性有：(1)双全桥MOSFET驱动，低导通电阻Ron=0．55f2(2)最高耐压40VDC，大电流2．2A(峰值)(3)多种细分可选(1、1／2、1／4、1／8、1／16、1／32、1／64、1／128)(4)自动半流锁定功能(5)快衰、慢衰、混合式衰减三种衰减方式可选(6)内置温度保护及过流保护通过使能端来打开电机，调节PWM信号频率来改变电机转速，通过提高细分数来改善电机在低频时的振动和噪音。PWM调制信号。仲能信号。THB6128—◆两相步进电机细分信号。图3．9步进电机驱动模块通过对无刷直流电机驱动模块和步进电机驱动模块的对比，可以发现，无刷直流电机的控制更复杂，需要反馈电路，实际进行测试时发现无刷直流电机可以达到3000转／min，步进电机最多只能达到600转／min，但是对于本控制系统已经足够，步进电机的速度和位置控制更加简单、精确，最终采取了该方案。3．3电路板抗干扰设计3．3．1元器件的合理布置对元器件进行布局时，首先要考虑PCB板的大小，PCB板过大时成本增加，抗噪能力下降；PCB板过小时，不利于散热，而且相近的导线之间会互相干扰，因此应该首先确定了PCB板大小之后再进行元器件的布局，元器件布局时应遵循以下原则：(1)按照电路流程进行模块化布置，这样更利于信号流通，并且尽量将信号保持在相同的方向(2)以每个模块的核心元器件为中心，在它周围进行布局，尽量减少元器件之间的引线。(3)在器件布置方面应把连线关系密切的元器件尽量放在一起，功率器件和小信号器件要分开，这样可以减少延时【3¨。 武汉科技大学硕士学位论文第2l页3．3．2过孔抗干扰设计在PCB上设计过孔时，如果过孔设计过大，将会影响布线密度，当过孔设计很小时，寄生参数小，高频特性好，当然生产费用相应较高‘321。因此需要找到走线性能和生产费用的最佳结合点，设计过孔主要考虑孔径和孔环。(1)孔径过孔主要有两种，一种是元件脚位孔，另外一种是引线过孔。元件脚位孔的设计要保证其大小比元件脚大，引线过孔大小主要取决于钻孔大小和电镀技术(2)孔环每一个过孔都应该有孔环和焊盘间距，焊盘大小主要由以下几个因素决定：电镀余量、孔径公差、定位余量和要求环圈。最小焊盘可以由以下公式计算：PAD=FD+PA+2(HD+HA+AR)(3．1)式中PAD是最小焊盘直径，FD是所需的成品孔径，PA是电镀余量，HD是孔径公差。3．3．3信号线抗干扰设计在PCB中布线时，要分清楚信号线、电源线和地线。信号走线不能走环路，需要按照菊花链方式布线。对于电源线，应该根据线路板电流大小，尽量加粗电源线。对于接地线，也要尽量加粗，同时要将数字地和模拟地分开，接地线构成闭环路。它们的关系是：地线>电源线>信号线，通常信号线宽为：0．2～0．3mm，最细宽度可达0．05～0．07mm，电源线为1．2"--'2．5mm，用大面积铜层作地线用，在印制板上将没被使用的地方都与地相连接作为地线用【33l。同时，在设计电路板时还应该注意以下几个问题：(1)布线时导线弯折越少越好，导线的拐角禁止用90。，可以用45。折线或者圆弧代替【311。(2)输入输出端的导线应该尽量避免相邻平行，最好中间加上地线，防止反馈耦合。(3)焊盘补泪滴，当与焊盘连接的铜膜线很细时，要将焊盘和铜膜线之间的连接设计成泪滴状，这样可以避免焊盘脱落。3．4本章小结本章主要介绍了控制器及外围电路硬件设计、建压模块硬件设计和电路板抗干扰设计。 第22页武汉科技大学硕士学位论文第四章软件设计上一章主要介绍了控制系统硬件设计，这一章将会介绍本系统的软件设计，包括控制系统软件，即主控程序，以及标定系统软件。4．1控制系统软件设计4．1．1主程序设计图4．1为主程序流程图。上电程序开始运行后，系统首先进行初始化，包括锁相环初始化、端口初始化、EPPROM初始化、PWM初始化、AD初始化、定时器ECT初始化和CAN通信初始化，然后检测与汽车DCU通信是否正常，检测尿素泵内温度，如果低于．11℃就进行加热，因为尿素溶液的结晶温度为．11．5。C，开启辅助空气压力电磁阀，然后通过建压模块对泵进行加压，待压力达到之后停机等待CAN总线上的喷射指令，同时每隔200ms对计量泵的状态信息进行反馈。图4．1主程序流程图 武汉科技大学硕士学位论文第23页4．1．2CAN通信程序设计计量泵控制系统通过CAN总线与汽车DCU、标定系统和监控系统等外界进行通信。CAN总线通信需要CAN通信控制器和CAN收发器。飞思卡尔的MC9S12DP512单片机内部已经集成CAN控制器模块，称为MSCANl2。如图4．2所示为MSCANl2模块框图，它是一个能够实现CAN2．0B协议的通信控制器。为了实现对MSCANl2模块的控制，需要编写相应的初始化模块，以及数据发送和接收程序。发送中接收中错误中唤醒中CANT．时钟预分时钟诜柽频接收／发送驱t动器—斗上千：书．叼＼1消息过滤：带。控制和状态●’和缓冲：书od＼1_；书．配置寄存器低通滤波叫CAN接收CAN发送图4．2MSCANl2模块框图(1)MSCANl2初始化如图4．3所示为MSCANl2模块初始化流程图，系统上电之后对CAN模块进行初始化，需要按照以下步骤执行：1)置位CAN；2)写控制字到MSCANl2控制寄存器；3)清MSCANl2初始化请求位，进入正常模式。 第24页武汉科技大学硕士学位论文开始使能CAN模块罕进入宅化状态置CANCTL0INITRQ=l嘤1i1罗岁＼＼!／／Y设置CANCTLl寄存器设置波特率寄存器CANBTR0和CANBTRl设置报文滤波器J退出初始化模式J『设置CANCTLO寄存器和中断寄存器CANTIER、CANRIER图4．3MSCAN模块初始化流程图(2)数据发送与接收如图4．4和图4．5分别为CAN总线的数据发送和接收流程，发送数据时需对数据进行封装，添加29位标识符、RTR位、优先级和数据长度。当检测到总线上有数据时，先要检查报文格式是否正确，然后读取标识符，提取出数据，并做出相应的处理。 武汉科技大学硕士学位论文第25页图4．4CAN总线发送流程图4．5CAN总线接收流程4．1．3AD采集程序模块为了防止计量泵内尿素结晶，在SCR系统启动时，将会检测计量泵内温度，如果低于一个温度阀值就会启动加热片，加热到要求温度后即停止加热，这里就会涉及到温度采集。温度采集和后面的压力采集均是采用单片机内部AD模块采集电压，然后通过相应公式转换而来。AD采样就是将模拟电压信号转换为对应的数字信号，实际中的这个电压信号一般由相应的传感器和采集电路转换得到，本系统中涉及到的模拟信号主要有压力、温度和液位。飞思卡尔DP512单片机具有2×8路10位AD转换通道，如图4．6所示为AD采样流程图，程序启动之后首先对AD模块进行初始化，然后开始转换，得到转换结果之后需要对结果进行滤波处理，然后回归成对应的物理量。 第26页武汉科技大学硕士学位论文图4．6AD采样流程图下面为AD采样模块初始化程序，初始化涉及到ATDOCTL2、ATDOCTL3和ATDOCTL4三个寄存器，主要就是设置AD采样速率、采样精度和每次转换通道数。ATDOCTL2=0x80；／／启动A／D模块，快速清零，禁止中断，AFFC位置0，读状态寄存器delay_pwm(10)；ATDOCTL3=0x40；／／每次转换8通道ATDOCTL4=0x01；／／选用10位模数转换，AD模块时钟频率为8MHz下面程序功能为等待转换结束，分别获取采样结果，并保存。ATDOCTL5=0x90；／／多通道采集ATDODIEN=Ox00；／／禁止数字输入delay()；while(!ATDOSTATlCCF0)；ADdata[01+=ATDODR0；while(!ATDOSTAT1CCF1)；ADdata[11+=ATDODRl；while(!ATDOSTATlCCF2)；ADdata[21+=A1DODI也；while(!ATDOSTATlCCF3)；ADdata[31+=ATDODR3；while(!ATDOSTATlCCF4)；ADdata[4]+=ATDODR4；while(!ATDOSTATlCCF5)；ADdata[51+=ATDODR5；while(!AIDOSTATlCCF6)；ADdata[61+=ATDODR6； 武汉科技大学硕士学位论文第27页while(!ATDOSTATl——CCF7)；AD_data[7]+=ATDODR7；在对压力传感器、温度传感器和液位传感器的信号进行采集时，硬件上已经进行了抗干扰处理，比如采用RC滤波器、磁珠等等，但是仍旧有一些干扰进入到单片机中，这个时候就要在软件上进行处理，即采取数字滤波，基于单片机的常用数字滤波方法有程序判断法、中位值滤波法、算术平均滤波法、移动平均滤波法、一阶滞后滤波法等。由于本系统到单片机中的干扰主要为～些随机干扰，因此采用了平均值滤波和中值滤波。经过数值滤波之后得到了稳定的采样值，还需要把采用结果转换为实际的物理量，通过下面公式4．1即可求得采样的电压值，珞EF为参考电压，Temp为滤波之后的采样值，然后通过电压值和实际物理量之间的关系即可完成物理量的回归，这个与采取的传感器特性和采样电路相关。采集电压：‰×．而Temp(4．1)4．1．4建压模块程序设计建压模块的作用是给计量泵容腔内建立恒定压力，它的工作原理是由步进电机带动连杆从而带动膜片往容腔内泵入尿素溶液，电机运转速度越快泵入溶液速度越快，因此建压模块的核心就是对电机转速进行控制。如图4．1中，当持续通气30秒之后要给容腔内建立0．25MPa的压力，需要将建压时间尽可能的控制得短一些，这样提高启动效率，因此需要尽可能的加快步进电机的转速，但步进电机开机时存在一个启动问题，下面将介绍如何解决这个问题。步进电机启动时，电机的电磁转矩除了要克服负载转矩之外，还要使转子加速，导致电机启动时的负担比连续转动时要重很多，当启动频率过高时，转子的速度跟不上磁场变化，就会导致堵转，因此步进电机都具有启动频率fq，fq的值与电机本身参数和负载大小，包括电源条件等因素有关系。为了防止启动时电机发生堵转，不得不降低转速，但是降低转速将会严重影响计量泵的工作效率，使得计量泵容腔内压力不能较快达到喷射要求。实际上，当电机开始转动之后，如果再逐渐提高脉冲频率，电机可以正常运转，而且运行频率比启动频率高。为了满足启动加速要求，最简单的办法是采用匀加速。如图4．7所示为频率的上升曲线，每隔一段时间At通过增加PWM输出频率来加快电机转动速度，系统最低频率f1必须低于极限启动频率，经实验得到，本系统电机极限启动转速为300ffs，通过开机启动加速可以迅速达到600r／s，大大提高了步进电机给容腔建立压力的效率。 第28页武汉科技大学硕士学位论文OAt4．1．5恒压模块程序设计图4．7频率上升曲线在给容腔内建立了0．25MPa的压力之后，控制系统通过CAN总线获得喷射量信息，并通过MAP表查找对应电机转速，为了精确的控制喷射量，需把容腔压力保持在0．25MPa左右，，并根据检测容腔压力来相应调节电机转速，根据需求采用增量式数字PID算法对系统进行控制，下面首先简要介绍PID。(1)PID控制概述PID(ProportionalIntegralDifferential)控制是比例积分微分控制的简称，它是指由控制系统偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)的线性组合作为输出的反馈控制规律【36|。PID控制具有原理简单、直观易懂和便于实现等优点，它是控制系统中技术比较成熟并且应用最广泛的一种控制方法，如图4．8所示为常规的PID控制框图【34】【35】。图4．8PID控制系统原理框图如图4．8中，“t)是系统给定值，y(t)实际的输出，给定值和输出之差为控制系统偏差e(t)，即e(t)=厂(，)一少(f)(4．2)e(t)是作为控制器的输入，u(t)作为控制器的输出以及广义被控对象的输入，所以可以得到PID控制规律：砸M小∽+寺№衍+乙警m。(4．3)膨b靠矗“如＆nf 武汉科技大学硕士学位论文第29页公式(4．3)中，Kp．比例系数；T1．积分常数；TD一微分常数；uo一控制常量(2)数字PID控制算法由于计算机无法处理模拟信号，为了实现计算机的PID控制，必须将PID控制算法设计成能够处理数字信号，即设计数字PID控制算法。公式(4．3)为模拟PID算法，要设计数字PID控制算法，首先以k为采样序号，T为采样周期，将连续时间t细分为一系列采样时间点kT，然后以求和的形式取代积分，以向后差分的形式取代微分，就可以得到数字PID控制算法【36】。r个K下、打(后)=Ke{P(尼)+争∑P(／)+等№)一g@一t)】}L1l，-o1J(4．4)由公式(4．4)可以看到，数字PID控制算法仍然包括比例、积分和微分三个部分。由于计算机输出“(尼)是直接对执行器进行控制，“(七)的值与执行器的位置相对应，因此称公式(4．4)为位置式PID控制算法，图4．9为位置式PID控制系统的原理框副361。列显㈦叭料垫堡垫塑H被控对象卜Y(k)＼图4．9位置式PID控制系统框图但是在对步进电机进行控制的时候，位置式PID控制算法难以实现，步进电机要求控制器的输出为增量形式，为此必须对位置式PID控制算法进行了改进，引入增量式PID控制算法。所谓增量就是指两个相邻时刻控制器输出之差，根据公式(4．4)可以得到u(k-1)的表达式，即“1)=Pe(k-1)+(k-K詈篓e(／)+-≥7-k(后一1)-e(k0—2)】}(4．5)“1)=P争∑e(／)+幻k(后一一2)】}(4．5)』l，=1用式4．4减去式4．5即为增量PID控制算法【37】△删=砟e(k)-e(k-1)+iT嗽)+争㈤咄@_1)喇后_2)】}(4．6)=KP[e(七)一e(k—1)】+K，P(尼)+KD【e(后)一2e(k—1)+e(k一2)】公式(4．6)中KP为比例增益，KI为积分时间常数，KD为微分时间常数。图4．10为增量式PID控制系统的原理框图。图4．10增量式PID控制系统框图与位置式控制相比，增量式控制具有以下优点： 第30页武汉科技大学硕士学位论文1)增量式PID控制算法不需要对偏差做累加，因此计算精度对控制量影响较小。位置式PID控制算法要用过去的偏差进行累加，会导致结果产生较大累积误差。2)增量式PID控制算法不需要对偏差做累加，因此不会引起积分饱和。3)采用增量式PID控制算法，更容易实现手动到自动切换。在进行切换时，增量式算法只需知道相应增量就行了，而位置型算法还需要知道当前执行器的位置，会导致系统更复杂。(3)数字PID控制算法程序流程图由于增量式PID控制算法的众多优点，因此在实际中得到了广泛的应用，本系统采用增量式算法，程序流程图如图4．11所示，吼、PH、PM为偏差。图4．11增量式算法程序流程图(4)数字PID控制算法参数整定在对步进电机控制中，最重要的是要保持系统的稳定，在喷嘴喷射占空比发生改变时，被控量即容腔压力应能迅速、平稳的跟踪，超调量要尽可能小。在各种干扰下，压力应保持在0．25MPa附近。在实际中要想满足上面所有要求是很困难的，能做到的就是在满足主要需求的前提下，兼顾其他需求。PID参数的整定方法有两种：理论计算法和试验确定法。采取理论计算法的前提是被控对象具有准确的数学模型，这在步进电机控制中很难做到，因此采取试验法来进行P1D参数整定。试验法就是通过模拟或闭环运行系统，来观察系统运行的响应曲线，然后根据各控制参数对系统响应的大致影响，来改变参数，反复试验，直到认为得到满意的响应为止。试验时可按先比例后积分再微分的先后顺序反复调试参数，直到获得满意的结果为止。因为比例、积分、微分三者的控制作用具有重叠，某一环节作用的减小往往可以由其他环节作用的增加来补偿，能达到满意效果的PID参数组合并不是唯一的【341。4．2标定系统软件设计为了对喷射模块的精确度进行测试，本系统还设计了用于实验测试的标定系统的上位机软件。下面将首先对标定系统做一个详细的介绍，然后重点介绍上位机的设计‘391。 武汉科技大学硕士学位论文第31页4．2．1标定系统介绍计量泵控制系统除了包括控制器的软硬件设计外，还应具有一套标定系统，标定监控系统如图4．12所示，主要由电子天平、USBCAN转接器、PC机、计量泵组成。标定系统工作原理如下：通过公式计算出预期的尿素溶液喷射量，从成本方面考虑，做标定试验时用水替代尿素溶液，因此通过转换计算出预期的水喷需求量，通过试验得出实测水溶液喷量，计算出相对误差，即可以验证计量泵控制系统的喷射量控制是否精确。厂—刁—J／Li／匕———1_usBCAN转接器‘＼一◆一一．_一一～＼一7电j二天’F图4．12标定监控系统上位机软件采用了VisualStudio2010作为编译环境，采用C++语言，以MFC为结构框架。MFC是一组预定义的类，这些类封装了WindowsAPI，使得可以使用面向对象的方法对Windows编程。MFC应用程序的总体结构通常由开发人员从MFC类派生的几个类和一个CWinApp类对象(应用程序对象)组成。MFC提供了MFCAppWizard自动生成框架。系统采用RS232串口实现电子天平和PC机的通信，在上位机软件中采用VS的MSComm控件实现通信功能‘401。4．2．2标定系统上位机程序设计(1)界面设计考虑到对系统进行标定要做大量重复的测试，将会频繁的使用称重程序，因此软件应该设计得操作简单，交互界面应简洁醒目。如图4．13所示，采用Windows对话框来设计重程序上位机界面，用户可以按照下面几个步骤来进行操作：1)选择好对应的串口号和天平编号。2)点击采样，这是串口会更新时间和重量数值。3)点击保存，选择好存放位置和文件名，时间和对应重量数值会保存为TxT文档。 第32页武汉科技大学硕士学位论文图4．13电子天平界面(2)程序设计如图4．14所示为称重上位机程序处理程序流程图，系统主要由控件模块、时间显示模块、串口通信模块几个部分组成，串口通信模块作为程序的主要构成，将会在后面详细介绍。厂两翮间并显示人要钮控件；件触发?N叫调墨袭霉处≮孽夕上Y图4．14上位机程序处理流程图1)控件模块。本系统主要用到了静态控件、按钮控件、编辑框控件、组合框控件和串口通信控件。静态控件作为MFC控件中最简单的一种，它不需要发送和接收任何消息，只需要在属性窗口中设置相应的控件显示文本和对应字体格式就行。按钮控件一共有四种类型：按钮、复选框、单选按钮和分组框，本系统中只用到了一种就是按钮，分别为三个基本的功能：采样、保存和退出。 武汉科技大学硕士学位论文第33页如图4．15所示为采样流程图，当点击了采样按钮时调用对应的事件处理函数，利用函数get检查串状态，如果串处于开启状态就关闭窗口，利用函_PortOpen0El121GetCurSel0数得到组合框控件中选择的串121号，利用put函数选择好串口号，然后利用．CommVortOput函数打开对应串口，并利用串口向下位机发送采样命令。如图4．16所示为．PortOpenO保存事件处理函数流程图，当点下保存按钮时，调用相应处理函数，首先对数据进行封装，如果不是第一次保存，先用CFileDialog构造一个txt格式文档，并用GetPatb_Name0函数得到选着文件存放的完整路径，然后利用CStdioFile构造一个流式文件对象，利用WriteStrin90函数将要保存的字符串写入之前创建的TXT文档中，保存完毕。当点击退出按钮时，直接调用OnCanceloi垂i数退出对话框。图4．15采样流程图图4．16保存事件处理函数流程图编辑框控件可以用来进行文本显示和输入，本系统中重量值显示用到了只读编辑框，通过设置～个关联变量值，每当串口有数据更新时，窗口同时进行数值更新。组合框将列表和静态控件组合在一起，本系统中串121选择采用了下拉列表型组合框，当选择了对应的串口号时，程序通过GetCurSel0函数获得组合框中选中的项对应的下标，调用GetLBText0函数获得选中下标的值，将该值赋给与组合框关联的变量，从而更新界面。2)时间显示模块。时间显示模块是通过一个只读编辑框控件来显示，通过关联一个COleDateTime类型变量，每当串El收到数据时调用GetCurrentTime0函数获得当前本地时间，然后调用UpdateDam0函数更新显示界面。一个COleDateTime值代表一个绝对的日期和时间，COleDateTime类处理了从100年1月1日到9999年12月31日的日期。(3)串口通信模块Win32中基于VisualStudio的串口通信有两种方式来完成：其一用WindowsAPI函数来实现：其二使用MSComm控件编程。下面对两种方式分别进行介绍。WindowsAPI就是windows应用程序接口，该接口由几百个函数和相关结构组成，它们是Windows操作系统提供的标准函数，可以提供应用程序与Windows相互进行通信的手段。WindowsAPI是在C语言的年代推出的，当时C++还没有出现，所以API中没有类 第34页武汉科技大学硕士学位论文的概念，主要使用结构表示。采用WindowsAPI进行串口编程的优点是可以对数据的发送接收有很好的控制，但是自始白终都需要编写大量的代码，需要解决许多复杂问题。考虑到电子天平称重系统对串口通信的实时性要求不是很高，所以采用MSCommActiveX串行通信控件进行编程。MSCommActiveX串行通信控件是微软公司提供的对串行通信编程的一种封装，它包含一系列的属性、方法和事件，并提供了许多可以调用的函数接口，只需要按照对应的事件处理函数进行编程就可以实现串口通信。MSComm控件提供了事件驱动和查询两种通信处理方式，由于与查询方式相比，事件驱动方式有更高的效率，所以采用事件驱动方式。在MFC下编写串口应用程序的步骤如下：·在对话框中添加一个串口控件，并在属性窗口栏设置其属性来初始化串口。·为串口控件添加一个CMSComm控制变量。●把发送数据函数添加到按键处理函数里面。·添加消息处理程序代码MSComm的消息函数处理代码如下：VARIANTvariant_inp；COleSafeArraysafearray_inp；LONGlen，k；CStringstrtemp；／／BYTErxdata[2048]；／／设置BYTE数组．xin__weight=⋯’：if(xin_mscomm．get_ComrnEvent0-一-2、／／事件值为2表示接收缓冲区内有字符{v撕anUnp=xin_mscomm．get_Input()；／／读缓冲区safearray_inp=variantinp；／／VARIANT型变量转换为ColeSafeArray型变量len=safearrayinp．GetOneDimSize()；∥得到有效数据长度for(k=0；k